[發(fā)明專利]氧化鎵納米管及其制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112875742B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發(fā)明（設計）人: 馬永健;張曉東;李軍帥;張寶順
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: C01G15/00
• 分類號: C01G15/00
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發(fā)明公開了一種氧化鎵納米管及其制備方法和應用。所述制備方法包括：在襯底上設置催化劑，并利用所述催化劑在襯底上生長形成氧化鎵納米線；去除氧化鎵納米線頂端的催化劑，或者，使氧化鎵納米線頂部的催化劑在納米線生長過程中被自然耗盡；在氧化鎵納米線頂端面中央位置設置金屬鎵，其后通過金屬鎵與氧化鎵的自反應腐蝕使氧化鎵納米線內部被腐蝕，從而獲得內部中空的氧化鎵納米管。本發(fā)明實施例提供的一種氧化鎵納米管的制備方法，利用鎵自反應腐蝕技術實現(xiàn)了垂直于襯底表面的高晶體質量納米管陣列的制備，避免了其他材料對納米管的污染，此氧化鎵納米管可應用于紫外光電子、氣體探測或吸附等領域。

技術領域

本發(fā)明涉及一種氧化鎵納米管的制備方法，特別涉及一種氧化鎵納米管及其制備方法和應用，屬于半導體技術領域。

背景技術

隨著半導體技術的發(fā)展，超寬禁帶半導體—氧化鎵(Ga₂O₃)憑借其優(yōu)異的材料與器件特性而成為了研究新寵。在氧化鎵材料的五種同分異構體(α，β，ε，δ，γ)中，β相是最穩(wěn)定的一種構型。β相的氧化鎵能夠由其他亞穩(wěn)態(tài)相氧化鎵在空氣中進行足夠長時間的高溫處理轉化而來，由于其所具有的極佳的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，β-Ga₂O₃已經成為器件應用研究的熱點材料之一。由于β-Ga₂O₃半導體材料禁帶寬度約4.9eV，擊穿場強可高達8MV/cm，在高功率電力電子領域方面具有很大的應用潛力；憑借禁帶寬度優(yōu)勢，在日盲紫外探測方面也展示了具有極大的發(fā)展前景。β-Ga₂O₃在室溫下是絕緣的，但是因為O空位的大量存在，使其導電性一般表現(xiàn)為n型，且n型摻雜較易實現(xiàn)，但p型摻雜較難；在光學特性方面，β-Ga₂O₃在深紫外區(qū)-可見光區(qū)的透光率能達到80％以上，是制備深紫外透明導電薄膜的優(yōu)良材料；同樣由于較大的禁帶寬度，β-Ga₂O₃具有耐高溫特性，在高溫氣體傳感器方面同樣擁有巨大的應用前景。

近年來，Ga₂O₃薄膜、納米線材料生長及其器件制備方面研究廣泛，報道的外延襯底包括硅(Si)、藍寶石(Sapphire)、碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)等，由于受限于Ga₂O₃同質襯底和β-Ga₂O₃異質外延材料的晶體質量，β-Ga₂O₃主要應用于光電子器件，尤其是日盲紫外探測器。

目前，基于Ga₂O₃材料的日盲紫外探測器主要有薄膜探測器和納米結構探測器等，由于納米結構比表面積大等優(yōu)點，顯示了其在光電探測應用中的優(yōu)勢；在納米結構中，垂直型納米線陣列不僅可應用于日盲紫外探測、紫外發(fā)光、顯示、氣體探測等方面，而且制備工藝簡單，單個器件電路可控，利于集成；由于垂直型中空結構的β-Ga₂O₃納米管具有更大表體面積比，可進一步發(fā)揮垂直納米線的優(yōu)勢，利于器件性能提升，因此垂直型β-Ga₂O₃納米管在紫外光電子、氣體探測器件等領域具有廣闊的應用空間。

目前關于β-Ga₂O₃納米管制備的研究極少，有報道方案是通過將純Ga₂O₃粉末和石墨粉按照3:1的比例混合進行1100℃的高溫燒結，從而實現(xiàn)中空β-Ga₂O₃納米管結構。而此種方案存在如下缺陷：

a、材料污染：此種方法不可避免的會導致β-Ga₂O₃納米管受到石墨粉的污染；

b、取向不一：通過高溫燒結的方法制備β-Ga₂O₃納米管，無法控制納米管的取向，而且基于單根納米管制備的器件性能重復性差、均勻性較差、批量制備困難；